Une prothèse de jambe munie de capteurs et reliée au système nerveux de patients amputés au-dessus du genou leur a permis de retrouver des sensations essentielles à la fluidité et l'agilité de la marche.
Il n'est peut-être pas si loin le temps où un membre perdu pourra être remplacé par une version robotique indiscernable de l'original, à la manière d'Anakin Skywalker dans les premiers volets de Star Wars. Car avec des capteurs et des électrodes bien placés, des chercheurs européens ont d'ores et déjà réussi à restaurer une sensation de marche chez des personnes amputées d'une jambe, au moyen d'une prothèse sophistiquée. Ces travaux, publiés dans Science Advances, montrent une meilleure agilité et une assimilation de la prothèse par le cerveau comme un membre à part entière.
Des capteurs sous le pied et au creux du genou, reliés au cerveau par électrode
"C'est la première fois que je sens ma jambe, mon pied", rapporte dans un communiqué Djurica Resanovic, l'un des trois amputés volontaires de ces travaux. "C'était très intéressant, comme ma propre jambe, après plusieurs années." Car lorsqu'on ne la sent pas, la marche avec la prothèse demande beaucoup plus de vigilance et de précaution. Résultat, elle est nettement altérée en termes d'agilité, de confiance ou même de fatigue physique et mentale.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont eu une idée : ajouter des capteurs sous le pied et au creux du "genou" de la prothèse, et relier le tout au système nerveux des patients, au moyen d'électrodes minuscules implantées transversalement dans le nerf lui-même. Ensuite, la nature fait le reste : les signaux des nerfs résiduels sont transmis au cerveau de la personne, qui est capable de percevoir ce qui se passe sur la prothèse et d’ajuster la marche en conséquence.
Il n'est peut-être pas si loin le temps où un membre perdu pourra être remplacé par une version robotique indiscernable de l'original, à la manière d'Anakin Skywalker dans les premiers volets de Star Wars. Car avec des capteurs et des électrodes bien placés, des chercheurs européens ont d'ores et déjà réussi à restaurer une sensation de marche chez des personnes amputées d'une jambe, au moyen d'une prothèse sophistiquée. Ces travaux, publiés dans Science Advances, montrent une meilleure agilité et une assimilation de la prothèse par le cerveau comme un membre à part entière.
Des capteurs sous le pied et au creux du genou, reliés au cerveau par électrode
"C'est la première fois que je sens ma jambe, mon pied", rapporte dans un communiqué Djurica Resanovic, l'un des trois amputés volontaires de ces travaux. "C'était très intéressant, comme ma propre jambe, après plusieurs années." Car lorsqu'on ne la sent pas, la marche avec la prothèse demande beaucoup plus de vigilance et de précaution. Résultat, elle est nettement altérée en termes d'agilité, de confiance ou même de fatigue physique et mentale.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont eu une idée : ajouter des capteurs sous le pied et au creux du "genou" de la prothèse, et relier le tout au système nerveux des patients, au moyen d'électrodes minuscules implantées transversalement dans le nerf lui-même. Ensuite, la nature fait le reste : les signaux des nerfs résiduels sont transmis au cerveau de la personne, qui est capable de percevoir ce qui se passe sur la prothèse et d’ajuster la marche en conséquence.
Le volontaire reconnaît où la semelle du pied de prothèse est touchée. Crédits : Francesco Petrini.
Moins de fatigue et de douleur, plus de confiance
Les premiers résultats présentés début septembre 2019 ont conclu que "l'utilisation de cette prothèse a amélioré la qualité de leur marche et augmenté leur endurance, à la fois en laboratoire et dans un environnement réel", rapporte l'article. Avoir la conscience de la prothèse en la connectant au cerveau permet aux sujets de sentir les obstacles piétinés et d'éviter les chutes. Par ailleurs, la prothèse avait réduit leur "douleur du membre fantôme". Ces douleurs ressenties comme provenant d'un membre pourtant amputé se produisent lorsque les neurones de la zone d'amputation continuent à envoyer des messages de douleur au cerveau.
Gérer les obstacles et les escaliers
Dans cette nouvelle publication, c'est un second volet de ces travaux qui est révélé. "Nous avionstesté les avantages pour la santé des utilisateurs, en mesurant leur fatigue, leur niveau de douleur et leur mobilité en extérieur", explique à Sciences et Avenir Stanisa Raspopovic, qui a dirigé ces travaux. "La présente étude est beaucoup plus fondamentale, explorant les bases scientifiques de l'utilisation et de la perception cérébrale du membre artificiel neuro-intégré."
Les chercheurs ont ainsi montré, sur trois patients au lieu de deux pour les travaux précédents, que "la détection de jambe permettait aux utilisateurs d’éviter les chutes en marchant sur des obstacles sans les voir, de monter les escaliers beaucoup plus rapidement et de placer les pieds avec précision dans l’espace", détaille-t-il.
Une bénévole franchit un obstacle avec un pied relié aux nerfs. Crédits : Stanisa Raspopovic.
Surmonter des obstacles inattendus sans tomber ou de monter les escalierssont "deux tâches extrêmement difficiles, voire impossibles, pour les amputés portant des prothèses commerciales", explique Stanisa Raspopovic. "Vous n'avez pas besoin de vous concentrer pour marcher, vous pouvez regarder en avant et marcher, vous n'avez pas besoin de regarder où votre jambe est pour ne pas tomber", confirme Djurica Resanovic.
Le cerveau accepte la prothèse comme un membre à part entière
Autre conclusion importante, "les mesures de l'activité cérébrale et les tests psychophysiques ont révélé que la neuroprothèse est perçue comme une extension du corps, proche d'un membre réel", révèle Stanisa Raspopovic. Cette incarnation de la prothèse dans l'image corporelle du cerveau a été évaluée après différents tests (escaliers, obstacles, lignes droites…) par des questionnaires et la mesure de la différence entre la position ressentie et réelle du membre, une différence faible signant une meilleure incarnation. "La connexion de la prothèse au nerf résiduel des personnes amputées permet au cerveau de l'accepter comme la continuation de la jambe naturelle, ce qui est essentiel pour renforcer la confiance des utilisateurs et assurer la diffusion future de cette technologie", explique Stanisa Raspopovic.
Mais cette technologie doit encore être améliorée. Pour l'instant, les effets n'ont été montrée que sur trois patients et trois mois chacun, car l'électrode nécessitait d'être reliée à un boitier attaché à la prothèse pour la faire fonctionner. Un dispositif totalement implantable sera nécessaire pour de futurs essais à domicile, sur plus de patients et plus longtemps. De tels travaux sont d'ailleurs envisagés afin de pouvoir enfin commercialiser cette prothèse avec la start-up SensArs Neuroprosthetics.
Et dans un futur plus lointain, "des dispositifs entièrement contrôlables devraient être fusionnés avec cette neuroprothèse pour obtenir un remplacement bionique proche du corps naturel du membre inférieur perdu", anticipent les auteurs dans la publication.
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